ES2901449T3 - Tubo de ensamblaje por salto elástico y proceso de fabricación - Google Patents

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Abstract

Un método para hacer un conjunto de tubo que comprende las etapas de: pultruir al menos un carril alargado (12, 14) que tiene un miembro de salto elástico macho (16, 20, 30, 60) que se extiende a lo largo de su longitud, teniendo el miembro de salto elástico macho una ranura (32) con una superficie en ángulo; pultruir al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico hembra (18, 22, 40, 62) que se extiende a lo largo de su longitud, el miembro de salto elástico hembra comprende una primera pata (44) y una segunda pata (42), siendo la primera pata flexible y que tiene un pie saliente (46) configurado para ser recibido dentro de una ranura de un miembro de salto elástico macho respectivo y para ejercer una fuerza sobre la superficie en ángulo de la ranura; y encajar por salto elástico entre sí cada uno de los carriles alargados para formar un conjunto de tubo hueco, caracterizado por que las etapas de pultrusión de al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico macho y pultrusión de al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico hembra se realizan simultáneamente, y en donde los carriles se encajan por salto elástico entre sí de forma continua en línea mientras la pultrusión está en curso.

Description

DESCRIPCIÓN
Tubo de ensamblaje por salto elástico y proceso de fabricación
Campo técnico
La invención se refiere a la fabricación de perfiles de tubos huecos usando tecnología de pultrusión termoendurecible. La invención es particularmente ventajosa para la producción de perfiles de tubos huecos hechos de resina polimérica reforzada con fibras de vidrio.
Antecedentes
En muchas aplicaciones, incluida la producción de marcos de puertas y ventanas, es deseable el uso de un perfil de fibra de vidrio pultruido con una o más cavidades huecas basado en sus propiedades favorables de resistencia, térmicas y de material. Sin embargo, existen importantes limitaciones de fabricación con respecto a los procesos actuales para pultrusión de perfiles basados en polímeros reforzados con fibra, especialmente cuando se utilizan resinas de poliuretano. Para pultrusionar un perfil continuo con una cavidad hueca, el juego de herramientas de pultrusión requiere un mandril alargado soportado solo en la fase inicial del proceso de pultrusión. Esto presenta muchas dificultades técnicas y desventajas de costes en comparación con la producción de perfiles no huecos. El diseño, la fabricación y la configuración de un juego de herramientas de mandril lleva mucho más tiempo, lo que aumenta los costes entre un 40 % - 100 % en comparación con los juegos de herramientas sin mandril. La salida de producción de un juego de herramientas de mandril puede ser un 50 % - 75 % menor porque la velocidad de la línea debe reducirse para tener en cuenta la reducción del control de calor. Además, la tensión en el extractor de proceso puede incrementarse en un factor de 5 a 10 veces debido al arrastre del mandril en la pieza, ya que se cura y encoge durante el procesamiento. Pero lo más importante, debido a que el mandril solo puede ser soportado en los primeros 25,4 cm (10 pulgadas) del extremo de entrada del juego de herramientas, que normalmente tiene 230-254 cm (90 a 100 pulgadas) de largo, el mandril se somete a mucha flexión y movimiento debido a las presiones hidráulicas ejercidas 203-230 cm (80 a 90 pulgadas) aguas abajo.
Tal flexión y movimiento del mandril desestabiliza el proceso, lo que afecta adversamente a la consistencia del grosor de pared y la estabilidad dimensional general del perfil hueco. Como resultado, los perfiles huecos pultruidos comúnmente tienen una menor calidad y consistencia de pieza que los perfiles sin mandril / no huecos. El documento US 6.357.196 B1 describe un método para fabricar un conjunto de tubo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento US 2011/126487 A1 describe elementos de alojamiento de encaje por salto elástico que se pultruyen y que son adecuados para la construcción de viviendas y refugios.
Por consiguiente, se necesita un proceso mejorado para producir perfiles huecos alargados. En particular, se necesita un proceso mejorado para fabricar tubos de fibra de vidrio alargados utilizando un proceso de pultrusión continuo.
Compendio de la invención
Según la presente invención, se propone un método para fabricar un conjunto de tubo que comprende las etapas definidas en la reivindicación 1 de patente.
Según un aspecto de la presente invención, un perfil hueco continuo se construye a partir de dos o más carriles pultruidos no huecos que se ensamblan entre sí. Específicamente, cada carril puede formarse con miembros de salto elástico que se extienden a lo largo de toda la longitud del carril. Usando esta disposición de encaje por salto elástico, se pueden asegurar juntos dos o más carriles no huecos a lo largo de su longitud para formar formas complejas, incluidas formas huecas complejas, que poseen una resistencia comparable a los marcos unitarios formados a partir de otros materiales.
La resistencia y la capacidad de fabricación del perfil hueco están influenciadas por la estructura de la disposición de salto elástico. De acuerdo con un primer aspecto, los miembros de salto elástico macho y hembra tienen características de emparejamiento que cuando se encajan por salto elástico entre sí, no solo evitan que los carriles se separen, sino que también proporcionan una fuerza de sujeción que tira de los carriles juntándolos. Esta característica asegura que si se aplica un adhesivo entre los miembros de salto elástico macho y hembra antes de ensamblarlos juntos, el adhesivo se endurecerá sin necesidad de abrazaderas externas o adicionales para sostener los carriles firmemente. La fuerza de sujeción entre el miembro macho y hembra es producida por una o más superficies en ángulo en uno o ambos miembros macho y hembra. Específicamente, la deformación elástica del miembro macho o hembra da como resultado una fuerza normal ejercida sobre el otro miembro de salto elástico. Cuando esta fuerza se ejerce sobre una superficie en ángulo, produce una fuerza componente a lo largo de la dirección de acoplamiento que empuja al miembro macho más hacia el interior del miembro hembra, sujetándolos juntos.
Según un segundo aspecto, los miembros de salto elástico macho y hembra se dimensionan con precisión de modo que, cuando estén completamente ensamblados, al menos una superficie exterior de cada miembro se alinee a ras con la superficie exterior del otro miembro. La característica de autosujeción junto con esta característica de autoalineación asegura que la unión entre los miembros de salto elástico se mantenga muy apretada, dándole la apariencia de una sola pieza unitaria.
De acuerdo con un tercer aspecto, los miembros de salto elástico macho y hembra se diseñan de manera cooperativa de modo que cuando estén completamente ensamblados mantengan pequeñas bolsas de espacio entre ellos donde el exceso de adhesivo puede acumularse en lugar de ser forzado a salir entre el elemento de salto elástico hacia el exterior. Esto elimina la necesidad de retirar el exceso de adhesivo de la superficie exterior, lo que proporciona una apariencia más limpia que se asemeja más a una pieza unitaria que a un conjunto de dos piezas.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una sección transversal de un tubo hueco unitario alargado;
la Figura 2 es una vista en sección transversal de una realización de un tubo de salto elástico de autosujeción según la invención;
la Figura 3 es una vista en sección transversal de una segunda realización de un tubo de salto elástico antes del ensamblaje;
la Figura 4 muestra el tubo de salto elástico de la Figura 3 después del ensamblaje;
la Figura 5 es una vista en sección transversal de una tercera realización de un tubo de salto elástico antes del ensamblaje;
la Figura 6 es una vista en sección transversal de una cuarta realización de un conjunto de tubo de salto elástico;
la Figura 7 es una vista en sección transversal de una primera realización de un miembro de salto elástico según la invención;
la Figura 8 es una vista en sección transversal de una segunda realización del miembro de salto elástico según la invención; y
la Figura 9 es una vista en sección transversal de una tercera realización de un miembro de salto elástico según la invención.
Descripción detallada
Se conocen perfiles de tubos huecos unitarios, como el representado en la Figura 1. El tubo alargado puede tener una sección transversal cuadrada, como se muestra, una sección transversal circular o cualquier perfil hueco complejo. El perfil hueco puede fabricarse mediante extrusión, pultrusión u otros procesos de fabricación conocidos. Además, el perfil de tubo hueco se puede hacer de cualquiera de una amplia variedad de materiales de construcción conocidos. Sin embargo, la producción de perfiles huecos reforzados con fibras mediante pultrusión presenta obstáculos de fabricación. La presente invención supera esos obstáculos al pultruir carriles no huecos reforzados con fibra que luego pueden ensamblarse en formas huecas complejas que exhiben resistencia y estabilidad a la par con las piezas unitarias.
La Figura 2 representa una sección transversal de un tubo de salto elástico alargado 10 según una realización de la invención. El tubo hueco está formado por un primer carril alargado 12 y un segundo carril alargado 14. El primer carril 12 se forma con miembros de salto elástico macho y hembra 16 y 18, respectivamente, que se extienden a lo largo de toda la longitud del carril. El segundo carril 14, que es idéntico al primer carril 12, y que se puede producir usando el mismo juego de herramientas de pultrusión que el primer carril, también tiene un miembro de salto elástico macho 20 y un miembro de salto elástico hembra 22 que se extienden a lo largo de toda la longitud del carril. Cuando el primer carril 12 y el segundo carril 14 se emparejan entre sí, se forma una estructura de tubo hueco alargado. Por supuesto, el tubo cuadrado mostrado en la Figura 2 es solo una realización. Como se muestra en las Figuras 3-6, se pueden formar otros perfiles huecos, incluidas formas huecas complejas, utilizando este proceso.
Mientras que la realización mostrada en la Figura 2 se construye a partir de dos carriles idénticos, cada uno con un miembro de salto elástico macho y hembra, en otras realizaciones, como se representa en las Figuras 3 y 4, cada carril no hueco puede tener miembros de salto elástico solo macho o solo hembra. Además, en otras realizaciones que se muestran ahora, el perfil hueco se puede formar a partir de tres o más carriles que se unen todos entre sí.
Preferiblemente, cada miembro de carril se forma mediante un proceso de pultrusión continuo que encapsula hebras o esteras continuas de fibra de vidrio dentro de una resina polimérica tal como poliuretano, poliéster, viniléster o epoxi. Como se usa en este documento, "fibra de vidrio" incluye no solo fibras de vidrio, sino también fibras de carbono, fibras de basalto y otras fibras de refuerzo tales como Kevlar. También se pueden utilizar otros materiales y procesos de fabricación para producir los carriles no huecos. De acuerdo con la invención, dos o más miembros de carril se pultruyen simultáneamente y se encajan por salto elástico de forma continua en línea mientras se realiza la pultrusión para producir un conjunto de tubo hueco terminado o casi terminado.
El ensamblaje de los carriles de salto elástico se puede realizar con o sin adhesivo, según el nivel de integridad estructural requerido por la especificación funcional. Sin embargo, independientemente de si se usa adhesivo o no, el tubo de salto elástico ensamblado debe funcionar como una forma hueca, lo que requiere una resistencia y estabilidad significativas a través de las juntas de salto elástico. Según otro aspecto de la invención, se emplea una nueva geometría de salto elástico que proporciona suficiente resistencia y otros valiosos beneficios.
Haciendo referencia a las Figuras 7-9, se describen tres configuraciones de salto elástico. Cada configuración de salto elástico incluye un miembro macho y hembra de emparejamiento. Haciendo referencia a las Figuras 7 y 9, el miembro hembra es flexible y debe deformarse elásticamente para acoplarse con el miembro macho. Con referencia a la Figura 8, el miembro macho es flexible y se desvía elásticamente para acoplarse con el miembro hembra.
Con referencia a la Figura 7, el miembro de salto elástico macho 30 tiene una ranura 32 a lo largo de un lado que proporciona una superficie en ángulo por las razones que se describen más adelante. En la realización mostrada en la Figura 7, la ranura 32 es un rebaje redondeado que se extiende a lo largo de la longitud del miembro de salto elástico macho 30. En otras realizaciones que no se muestran, la ranura 32 puede ser angular con lados planos. En cada realización, sin embargo, la ranura 32 proporciona una superficie en ángulo que no es ni perpendicular ni paralela al eje que va desde la base hasta la punta del miembro de salto elástico macho. Además, la superficie en ángulo no es ni perpendicular ni paralela a una dirección en la que el miembro de salto elástico macho 30 se inserta en el miembro de salto elástico hembra 40.
El miembro de salto elástico hembra 40 tiene dos patas: una pata de alineación recta 42 que sirve para alinear las superficies exteriores de dos carriles ensamblados y una pata de compresión 44, que incluye un pie 46 que se recibe en la ranura 32 del miembro de salto elástico macho. Cuando la pata de compresión 44 del miembro de salto elástico hembra 44 presiona en el miembro de salto elástico macho 30, produce fuerzas de sujeción que juntan los carriles asociados. Específicamente, la deformación elástica de la pata de compresión 44 da como resultado una fuerza normal ejercida por el pie 46 en la ranura 32. Cuando esta fuerza se ejerce sobre una superficie en ángulo en la ranura 32, produce una fuerza componente a lo largo de la dirección de acoplamiento que obliga al miembro de salto elástico macho 30 más adentro del miembro de salto elástico hembra 40, sujetándolos juntos. Esta característica de autosujeción de la nueva geometría de salto elástico elimina la necesidad de una sujeción externa adicional durante el proceso de fabricación cuando se usa adhesivo en las uniones de salto elástico.
Aún con referencia a la Figura 7, se proporcionan un primer intersticio 48 y un segundo intersticio 50 entre los miembros de salto elástico macho y hembra, incluso cuando están completamente ensamblados, donde el exceso de adhesivo puede acumularse en lugar de ser forzado a salir desde el salto elástico hacia el exterior. Esto proporciona una apariencia más limpia que se asemeja más a una pieza unitaria que a un conjunto de dos piezas. En algunas realizaciones, solo se puede usar un único intersticio. En otras realizaciones, se pueden usar más de dos intersticios. Como se muestra en la Figura 7, se puede proporcionar al menos un intersticio directamente adyacente a la pata de alineación recta 42 del miembro de salto elástico hembra donde es más probable que el adhesivo sea forzado fuera de la junta.
Con referencia ahora a la Figura 9, según otra realización, el miembro de salto elástico macho 60 y el miembro de salto elástico hembra 62 definen un espacio interior 64 cuando están acoplados. Cuando este espacio se llena con cualquier sustancia que se endurece, como un adhesivo, formará una cuña o tapón que hará que la junta se conecte de manera más o menos permanente. Esta configuración proporciona resistencia mecánica adicional y poder de sujeción sobre una junta que simplemente se adhiere.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un método para hacer un conjunto de tubo que comprende las etapas de:
pultruir al menos un carril alargado (12, 14) que tiene un miembro de salto elástico macho (16, 20, 30, 60) que se extiende a lo largo de su longitud, teniendo el miembro de salto elástico macho una ranura (32) con una superficie en ángulo;
pultruir al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico hembra (18, 22, 40, 62) que se extiende a lo largo de su longitud, el miembro de salto elástico hembra comprende una primera pata (44) y una segunda pata (42), siendo la primera pata flexible y que tiene un pie saliente (46) configurado para ser recibido dentro de una ranura de un miembro de salto elástico macho respectivo y para ejercer una fuerza sobre la superficie en ángulo de la ranura; y encajar por salto elástico entre sí cada uno de los carriles alargados para formar un conjunto de tubo hueco, caracterizado por que las etapas de pultrusión de al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico macho y pultrusión de al menos un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico hembra se realizan simultáneamente, y en donde los carriles se encajan por salto elástico entre sí de forma continua en línea mientras la pultrusión está en curso.
2. El método de la reivindicación 1, en donde cada carril alargado se hace de polímero reforzado con fibra.
3. El método de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de aplicar un adhesivo a al menos uno del miembro de salto elástico macho y el miembro de salto elástico hembra antes de la etapa de ensamblar por salto elástico cada uno de los carriles alargados.
4. El método de la reivindicación 1, en donde un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico macho se encaja por salto elástico con un carril alargado que tiene un miembro de salto elástico hembra insertando el miembro de salto elástico macho a lo largo de una primera dirección entre la primera y la segunda patas del miembro de salto elástico hembra y en donde la superficie en ángulo de la ranura del miembro de salto elástico macho no es ni paralela ni perpendicular a la primera dirección.
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